Ii медицинская генетика глава Наследственные болезни, общая характеристика
| Вид материала | Документы |
- Темы: общая генетика, генетика человека, медицинская генетика. Вопросы для самоподготовки., 39.67kb.
- Наследственные болезни в чувашской республике 03. 00. 15. Генетика 14. 00. 09 Педиатрия, 785.14kb.
- Инструкция для студента : Изучить теоретический материал. Выполнить задания, используя, 147.82kb.
- С. П. Сапожников Е. М. Лузикова О. И. Московская Общая и медицинская генетика Учебное, 1850.35kb.
- Пояснительная записка Урок-практикум по теме «Значение генетики для медицины. Наследственные, 106.4kb.
- Вопрос №1. Классификации детей с нарушением слуха. Общая характеристика психического, 1306.78kb.
- Эволюционная, популяционная и общая генетика. Положения, пересекающиеся с валеологией, 625.07kb.
- 1 Характеристика представителей семейства врановых, населяющих Республику Татарстан, 168.07kb.
- 6 Глава 1 Правовые семьи и их общая характеристика, 4105.03kb.
- Пояснительная записка Медицинская биология и общая генетика естественнонаучная дисциплина,, 313.15kb.
При Х-сцепленном типе наследования мутантный ген расположен в Х-хромосоме. Если при этом мутация обладает доминантным эффектом, то больными могут быть как мужчины, так и женщины. Однако от больного отца заболевание с вероятностью 100% передается только девочкам, но не мальчикам, получающим от отца Y-хромосому. Вероятность передачи доминантной Х-сцепленной мутации от больной матери детям составляет 50%, причем болезнь с равной вероятностью может быть унаследована как дочерью, так и сыном.
Гораздо чаще Х-сцепленные заболевания наследуются по рецессивному типу. Отличительным свойством рецессивных Х-сцепленных заболеваний является то, что в семье болеют мужчины, а мутантный аллель они наследуют от своей здоровой гетерозиготной матери. Такие матери могут иметь больных братьев. Больные мужчины могут передавать свое заболевание только через поколение и только внукам (но не внучкам) через свою здоровую, но гетерозиготную дочь. Таким образом, если проследить в родословной наследование по мужской линии рецессивного Х-сцепленного заболевания, то получится что-то вроде «хода шахматного коня».
Высока вероятность присутствия Х-сцепленного рецессивного заболевания у женщин с синдромом Шерешевского-Тернера (45,Х0). Так как они имеют только одну Х-хромосому, то вероятность этого события равна частоте гетерозиготного носительства соответствующей мутации в популяции. Очень редко больными могут быть гомозиготные женщины, унаследовавшие одну из гомологичных мутаций от матери, а вторую либо от больного отца, либо от здорового отца, у которого мутация возникла de novo. Не менее экзотической является ситуация, когда больными оказываются гетерозиготные женщины, у которых второй гомолог мутантного гена разрушен в результате транслокации или иной хромосомной перестройки, точка разрыва которой в Х-хромосоме локализована в области мутантного гена. Но подчеркнем еще раз, при Х-сцепленном рецессивном наследовании в подавляющем большинстве случаев болеют только мужчины.
2.7.1. Фосфатдибет
К доминантному, сцепленному с Х-хромосомой, типу наследования относится витамин Д-резистентный рахит (синонимы: гипофосфатемия, семейная-Х-сцепленная гипофосфатемия, фосфатдиабет, синдром Олбрайта-Баттлера-Блюмберга), частота которого в среднем составляет 1 : 20 000 детского населения.
Ген фосфатдиабета PEX-ген локализован в Х-хромосоме (Хр22.2). В результате мутаций в этом гене возникает дефицит белков, регулирующих транспорт кальцияи фосфора в почечных канальцах и, возможно, в кишечнике с развитием гипофосфатемии и в части случаев гиперфосфатурии. Нарушение фосфорно-кальциевого обмена приводит к деминерализации костей, развитию рахитоподобных деформаций скелета и задержке роста.
Болезнь чаще всего дебютирует на 2-3-м году жизни, однако, в некоторых случаях первые ее симптомы могут манифестировать как на 1-м году жизни ребенка, так и в возрасте 7-8 лет. Основными клиническими симптомы фосфатдиабета являются непропорционально маленький рост, деформации нижних конечностей, гипофосфатемия, повышение активности щелочной фосфатазы в сыворотке крови, гипофосфатурия при нормальном выделении кальция в моче. Для диагностики заболевания очень важное значение имеют данные родословной: наличие фосфадиабета у кого-либо из родителей больного или родственников по отцовской или материнской линии. При рентгенографии трубчатых костей конечностей наиболее выраженные изменения наблюдаются в эпифизах нижних конечностей, концы костей расширены, слабо очерчены, часто имеют бокаловидные углубления, в грубо искривленных диафизах зоны остеопороза чередуются с зонами остеосклероза, ядра окостенения эпифизов развиваются нормально. Для лечения больных применяются высокие дозы витамина Д и его синтетические аналоги.
^ 2.7.2. Гемофилия А и В
Наиболее известными Х-сцепленными рецессивными заболеваниями являются гемофилии А и В. В основе развития гемофилии А лежат наследственные дефекты, затрагивающие фактор VIII свертывания крови, а при гемофилии В дефектным оказывается IX фактор. Оба гена, кодирующие факторы VIII и IX (F8C и F9), локализованы в длинном плече Х-хромосомы в областях Хq28 и Хq27.1-2 соответственно. Известно, что при гемофилии наблюдается нарушение свертывания крови, и самые незначительные порезы могут привести больного без специальной гематологической помощи к летальному исходу. Отметим, что у женщин – носителей мутаций в одном из генов гемофилии (так называемых «кондукторов») в отдельных случаях также наблюдается склонность к кровотечениям, что выражается в обильных месячных, длительных кровотечениях во время родов. Это обстоятельство необходимо учитывать акушерам-гинекологам при работе с женщинами-носителями мутантных аллелей в любом из генов гемофилии А или В.
У девочки заболевание с обсуждаемым типом наследования может быть в двух случаях. Первый – в том случае, если она имеет кариотип 45,Х, что бывает при синдроме Шерешевского-Тернера, и эта единственная половая хромосома может оказаться мутантной по одному из генов гемофилии. Не менее экзотической является вторая ситуация, когда мать больной девочки является носителем гена гемофилии, отец же – болен гемофилией. Подобные случаи описаны в литературе, хотя на практике они встречаются крайне редко.
Чаще всего больные мальчики с вероятностью 50% рождаются у женщины, несущей мутацию в любом из генов гемофилии в гетерозиготном состоянии. Дочери такой женщины при здоровом муже всегда здоровы, но с вероятностью 25% могут оказаться, подобно матери, носителями патологической мутации.
Частота гемофилии А составляет 1 : 2500 новорожденных мальчиков, гемофилия В встречается в 10 раз реже гемофилии А. Изолированные случаи гемофилии А составляют 30%, остальные 70% это семейные варианты. Показано, что мутации в гене F8С возникают в сперматогенезе в 3-5 раз чаще, чем в оогенезе. Это значит, что более чем в 80% спорадических случаев мать больного ребенка является носителем мутации, возникшей de novo в зародышевых клетках ее отца. Кроме того, около 14% матерей, не являющихся носителями мутации, могут быть соматическими или гонадными мозаиками, и вероятность повторного рождения больного ребенка у них также повышена. В настоящее время возможна пренатальная диагностика гемофилии А и В.
Около 10% всех идентифицированных мутаций в гене ^ F8С – делеции одного или нескольких смежных нуклеотидов. Остальные мутации точковые – миссенс- или нонсенс-типа. В гене F8С зарегистрировано несколько случаев инсерционного мутагенеза, связанных с перемещением одного из мобильных элементов. Ранее мы уже писали о том, что в 22 интроне гена F8С локализованы два других гена F8А и F8В («ген в гене»), продукты которых функционально не связаны с фактором VIII свертывания крови. Для одного из этих генов – F8А – имеется копия, расположенная в противоположной ориентации недалеко от 5’-конца гена F8С. Такая организация этого района генома является причиной повышенной частоты возникновения хромосомных перестроек и, в частности, инверсий, которые полностью инактивируют ген F8С. Подобные инверсии обнаруживаются у 45% больных с тяжелыми формами гемофилии А.
Гемофилия В обусловлена наследственным дефектным IX фактора – компонента средней фазы внутреннего каскада свертывания крови. В плазме крови фактор IX находится в виде гетеродимера, состоящего из двух полипептидных цепей (легкой и тяжелой), ковалентно связанных между собой одним дисульфидным мостиком. Фактор IX циркулирует в виде неактивной формы до тех пор, пока не произойдет протеолетическое высвобождение его активирующего пептида. После этого фактор IX принимает конформацию активной сериновой протеазы. Его роль в свертывании крови связана с активацией фактора X посредством взаимодействия с ионами кальция, фосфолипидами мембраны и фактором VIII.
Для гена F9 также характерна высокая частота возникновения мутаций (4х10–6 за поколение), причем мутации значительно чаще возникают в мужских половых клетках, чем женских. Считается, что вероятность получения больным ребенком мутации, возникшей de novo, от отца в 11 раз выше, чем от матери. При этом с возрастом вероятность возникновения новой мутаций в гене F9 у отца повышается. По разным оценкам считается, что в спорадических случаях вероятность гетерозиготного носительства мутации у матери составляет 80%. В 40% случаев при тяжелых формах гемофилии В у больных обнаруживаются делеции в гене F9 различной протяженности. Точковые мутации в промоторной области гена связаны с более легкими формами заболевания, такими, например, как Лейдоновская гемофилия, при которой у больных к возрасту половой зрелости наступает улучшение многих клинических показателей, и, в частности, исчезает кровоточащий диатез.
^ 2.7.3. Миодистрофия Дюшенна/Беккера
Другим известным примером Х-сцепленного рецессивного заболевания является прогрессирующая псевдогипертрофическая мышечная дистрофия Дюшенна/Беккера. Первый вариант заболевания, подробно описанный Г. Дюшенном в 1868 году, представляет собой одну из наиболее частых и злокачественных форм нервно-мышечной патологии детского возраста. Частота заболевания составляет 1 на 3-5 тысяч новорожденных мальчиков. В 1955 году П. Беккер описал более мягкий вариант Х-сцепленной прогрессирующей мышечной дистрофии, встречающийся с частотой 1 на 20- 25 тысяч лиц мужского пола. В течение долгого времени шли дискуссии о том, являются эти заболевания одной или разными нозологическими формами. В настоящее время убедительно доказано, что это одно заболевание, обусловленное разными мутациями в одном и том же гене миодистрофии Дюшенна – DMD.
Первые признаки миодистрофии Дюшенна появляются в возрасте 2 – 7 лет. Для большинства больных характерна задержка раннего моторного развития. При начале ходьбы (в возрасте 14 месяцев и старше) отмечаются частые падения, неловкость в движениях, быстрая утомляемость. Рано развивается рестракция ахилловых сухожилий – ходьба на носках. Постепенно походка становится переваливающейся, затем появляются затруднения при подъеме по лестнице, вставании из положения на корточках, ходьбе. Развивается псевдогипертрофия преимущественно икроножных и дельтовидных мышц, создающая ложное впечатление атлетического телосложения. Затем псевдогипертрофия трансформируется в гипотрофию. Патологический процесс носит восходящий характер. Первыми поражаются мышцы тазового пояса и проксимальных отделов нижних конечностей, затем мышцы плечевого пояса, спины и проксимальных отделов верхних конечностей. По мере развития заболевания возникают вторичные деформации позвоночника (поясничный гиперлордоз, кифоз, сколиоз), грудной клетки, которая становится седловидной или килевидной, стоп. Формируются «осиная талия», крыловидные лопатки, симптом «свободных надплечий». Постепенно развиваются обездвиженность, рестракции сухожилий, контрактуры суставов. Вместе с уменьшением массы мышц угнетаются рефлексы. Сопутствующим признаком заболевания является кардиомиопатия, которая проявляется в виде гипертрофии левого желудочка и аритмии. Примерно у четверти больных диагностируется олигофрения в степени дебильности. Больные сохраняют способность к ходьбе до 10-12-летнего возраста, после чего передвигаются только с помощью инвалидной коляски. Основной причиной летального исхода в возрасте до 20-25 лет являются интеркуррентные инфекции, которые больной не в силах перенести из-за включения в патологический процесс дыхательной мускулатуры.
Прогрессирующая мышечная дистрофия Беккера дебютирует обычно во второй декаде жизни с появления слабости и утомляемости мышц тазового пояса и ног. Одним из ранних симптомов, проявляющихся у значительного числа больных, являются болезненные мышечные спазмы. Симптомы мышечной дистрофии при двух формах заболевания носят сходный характер, но при форме Беккера выражены значительно слабее. Гипертрофическая или дилатационная кардиомиопатия диагностируется у 50-60% больных. Болезнь носит медленно прогрессирующий характер, инвалидизация наступает чаще всего после 40 лет. При этом интеллект, как правило, сохранен. Больные вступают в брак, имеют здоровых детей, работоспособны.
Картированию гена DMD в области Xp21.2, а затем и его и идентификации способствовало описание единичных случаев миодистрофии Дюшенна у девочек. Эти девочки оказались носителями редких транслокаций между Х-хромосомой и одной из аутосом, причем таких, которые разрушали ген миодистрофии Дюшенна. Основным продуктом гена DMD в мышцах является структурный стержневидный белок дистрофин, принадлежащий к спектрин/α-актининовому суперсемейству белков цитоскелета. Это полифункциональный белок, обеспечивающий поддержание целостности мембраны мышечного волокна при раундах сокращения-расслабления, а также участвующий в формировании нейромышечного синапса. Дистрофин состоит из четырех доменов и располагается на цитоплазматической поверхности мышечной сарколеммы – рис.
Рисунок . Структура дистрофина и дистрофин-ассоциированного комплекса белков
N-концевой домен дистрофина связан с цитоскелетом мышечного волокна. Затем идет самый крупный домен, обеспечивающий гибкость молекулы. Он имеет структуру трехгранного стержня и образован 24 слегка повторяющимися мотивами. За стержневым доменом следуют два очень важные в функциональном отношении домена – цистеин-богатый и С-концевой. В области цистеин-богатого домена формируются кальциевые каналы и осуществляется связь дистрофина, а значит и цитоскелета мышечного волокна с внеклеточным матриксом через трансмембранный комплекс дистрофин-ассоциированных белков, которые, в свою очередь, разделяют на два субкомплекса – саркогликановый и дистрогликановый. В области С-концевого домена располагается синтрофиновый комплекс дистрофин-ассоциированных белков, функции которого особенно важны для формирования нейромышечного синапса.
В 65-70% случаев у больных миодистрофией Дюшенна/Беккера диагностируются протяженные внутригенные делеции, затрагивающие несколько соседних экзонов, причем эти делеции характерны для обеих форм заболевания. Различия в их характере заключаются в том, что при миодистрофии Дюшенна делеции сопровождаются сдвигом рамки считывания. В этих случаях дистрофин у больных вообще не образуется. При форме Беккера делеции не нарушают рамку считывания, и дистрофин у больных синтезируется, хотя конечно, он имеет аномалии. Клинические проявления подобных делеций зависят от их протяженности и локализации. Так, например, описан больной с очень мягкой формой миодистрофии Беккера, диагностированной в среднем возрасте (после 40 лет), у которого при молекулярном анализе была выявлена протяженная делеция, затрагивающая более 40% гена. Однако эта делеция была так удачно расположена, что в мутантном дистрофине отсутствовал внутренний участок стержневого домена, в то время как функционально значимые домены 1, 3 и 4 оказались совершенно сохранными. Это и обеспечило такое мягкое течение заболевания. С другой стороны гораздо меньшие по размеру делеции и даже точковые мутации, затрагивающие цисеин-богатый и С-концевые домены дистрофина, могут быть ассоциированы с тяжелой клиникой миодистрофии Дюшенна. В гене DMD идентифицированы также другие внутригенные перестройки (дупликации, микроделеции), а также много нонсенс-мутаций, сопровождающихся преждевременным прекращением синтеза белка. Миссенс-мутации в гене DMD встречаются редко. Все идентифицированные у больных мутации приводят к разрушению дистрофин-ассоциированного комплекса белков, что и служит патогенетической основой для развития мышечной дистрофии при этом заболевании.
Молекулярная диагностика делеций в гене DMD проводится с использованием мультиплексной (множественной) ПЦР, что позволяет во многих семьях высокого риска проводить профилактику заболевания на базе пренатальной диагностики. В 30% семей мать больного миодистрофией мальчика не является носителем мутации, а болезнь у ее сына развивается в результате спонтанного возникновения мутации de novo в процессе оогенеза. Такую ситуацию очень важно диагностировать, так как в этом случае риск повторного рождения больного ребенка может быть значительно меньше и в некоторых случаях не превышает общепопуляционного. Разработаны специальные методы для выявления гетерозиготного носительства мутаций в гене DMD, в частности, иммуногистохимический анализ дистрофина в биоптате мышц. Возможна иммунологическая диагностика заболевания с использованием специфических антител на дистрофин.
Серьезную проблему для медико-генетического консультирования представляют случаи гонадного мозаицизма, обусловленного возникновением мутации в первичных половых клетках, то есть на ранних стадиях внутриутробного развития будущей матери. Считается, что 6-7% всех спорадических случаев являются следствием гонадного мозаицизма у матери. При этом оценить величину аберрантного клона ооцитов не представляется возможным. Эмпирический риск повторного рождения больного ребенка в спорадических случаях миодистрофии Дюшенна и при отсутствии доказательств гетерозиготного носительства мутации у матери достигает 14%, и это делает обоснованным пренатальную диагностику заболевания не только в семейных, но и в спорадических случаях. На рис. 6 представлена родословная пробанда М-й, 26 лет, являющейся носителем мутации в гене мидистрофии Дюшенна. Прослежена мутантная хромосома (Х-1) у женщин носителей мутации и больных миодистрофией Дюшенна мужчин.
^ 2.7.4. Отцовский или голандрический тип наследования
В редких случаях наблюдается отцовский или голандрический тип наследования, обусловленный присутствием мутаций в генах Y-хромосомы. При этом болеют и передают через Y-хромосому свое заболевание сыновьям только мужчины. В отличие от аутосом и Х-хромосомы Y-хромосома несет сравнительно мало генов, немногим менее 100. Большинство из них обусловливают развитие организма по мужскому типу, участвуют в контроле сперматогенеза, роста тела и зубов. В Y-хромосоме есть псевдоаутосомные области, гены в которых имеют гомологов в Х-хромосоме. Мутации в этих генах нарушают коньюгацию половых хромосом в мужском мейозе и приводят к бесплодию. Остальные гены, присутствующие только у мужчин, участвуют в контроле детерминации пола и сперматогенеза. Так, на Y-хромосоме находятся гены SRY (sex determining region – определяющий пол участок) и AZF (азоспермии фактор), ответственные за программу половой дифференцировки и сперматогенез. Мутации в любом из этих генов приводят к нарушениям развития яичек и блоку сперматогенеза, что выражается в азоспермии. Такие мужчины страдают бесплодием, и потому их заболевание не наследуется. Y-сцепленные заболевания, как правило, являются результатом мутаций, возникших de novo. Мутациями в одном из генов, расположенных в Y-хромосоме, обусловлены некоторые формы ихтиоза (рыбья кожа) с совершенно безобидным признаком – оволосением ушной раковины.
^ Глава 2.8. Нетрадиционные типы наследования
В последние десятилетия накопилось много фактов, свидетельствующих о наличии большого числа отклонений от менделеевских типов наследования. В частности, доказано, что имеется группа наследственных заболеваний, причина которых лежит в неблагополучии наследственного аппарата половой клетки или поломок в периоде зиготообразования. Эти нарушения не подчиняется законам Менделя. К заболеваниям с нетрадиционным типом наследования, относятся митохондриальные болезни, однородительские дисомии и болезни геномного импринтинга, болезни экспансии, обусловленные присутствием динамических мутаций, а также болезни, вызванные нарушением эпигенетической регуляции генной экспрессии.
2.8.1. Митохондриальный или цитоплазматический тип наследования
Этот тип наследования называют материнским. Известно, что около 5% ДНК находятся в митохондриях - важнейших органеллах клетки, являющихся своего рода энергетической системой и центром клеточного дыхания. Мужские половые клетки, хотя и содержат очень небольшое количество митохондрий, обеспечивающие их подвижность, но не передают их потомству. Поэтому все митохондрии плода, независимо от его пола имеют материнское происхождение. Таким образом, женщина передает свой генетический материал не только через хромосомы, но и с митохондриальной ДНК (мтДНК), причем с равной вероятностью как мальчикам, так и девочкам.
В мтДНК, состоящей их 16569 нуклеотидов, содержится 22 гена тРНК, 2 гена рРНК и 13 генов, кодирующих различные субъединицы комплексов окислительного фосфорилирования. Заметим, что 56 субъединиц этих комплексов кодируются ядерными генами. 7 субъединиц NADH-дегидрогеназного комплекса I дыхательной цепи кодируется митохондриальными генами и около 35 – ядерными. Три субъединицы цитохромоксидазы С кодируется мтДНК и 10 – ядерной. На рис. представлена организация митохондриального генома и указаны мутации, идентифицированные у пациентов с различными типами митохондриальных болезней.
Рисунок . Организация митохондриального генома
Мутации в мтохондриальных генах также могут явиться причиной наследственных заболеваний, которые в большинстве своем носят синдромальный характер, причем мышечная слабость часто занимает ведущее место в структуре синдромального поражения. В значительном проценте случаев при подобных заболеваниях наблюдается гетероплазмия, то есть существование в клетках в различных пропорциях мутантных и нормальных митохондрий. Это связано с особенностями репликации и сегрегации мтДНК. Клиническая картина митохондриальных миопатий складывается из слабости мышц, начинающейся с мышц тазового пояса, и постепенной их атрофии. У больных может наблюдаться гипотония, гипорефлексия, задержка моторного развития, гепатомегалия, макроглоссия. Течение заболевания медленно прогрессирующее.
Мутации в одном их 7 генов NADH-дегидрогеназы комплекса I дыхательной цепи митохондрий являются причиной развития синдрома Лебера – наследственной атрофии зрительного нерва, часто сочетающейся с неврологической симптоматикой в виде ранней дистонии, периферической полиневропатии, тремора, атаксии. Заболеванию могут сопутствовать головные боли и сердечная аритмия. Наиболее частыми при синдроме Лебера являются нуклеотидные замены в положениях 11778, 3460, 15257 и 14484 мтДНК.
Другие мутации в мтДНК являются причиной развития митохондриальных энцефаломиопатий – мультисистемных заболеваний с преимущественным вовлечением в патологический процесс высоко-аэробных постмитотических тканей, таких как сердечная и скелетные мышцы, а также ЦНС. Описаны мутации и в митохондриальных генах тРНК, в частности, при MELAS-синдроме (лактоацидоз в сочетании с инсульт-подобными эпизодами), MERF-синдроме (миоклонус-эпилепсия с «рваными» красными волокнами мышц, образование которых обусловлено скоплением аномальных митохондрий по краю мышечного волокна), CPEO-синдроме (прогрессирующая офтальмоплегия). Другие мутации в митохондриальных генах тРНК приводят к изолированным миопатиям, кардиомиопатиям или мультисистемным заболеваниям. Некоторые специфические мутации связаны с определенным клиническим фенотипом, тогда как другие мутации в разных семьях могут выражаться по-разному. Подобные мутации часто возникают в гене MTTL1, кодирующем лейциновую тРНК. Мутации в этом гене идентифицированы у пациентов с MELAS-синдромом, прогрессирующей офтальмоплегией, миопатией, кардиомиопатией и диабетом в сочетании с глухотой. Примером может служить мутация A3243G в гене MTTL1, которая встречается у 80% больных MELAS-синдромом. При этом доля мутантных митохондриальных геномов у больных варьирует от 56% до 95% и значительно выше, чем у их здоровых родственников. Тяжесть течения митохондриальных болезней существенно зависит от уровня гетероплазмии. В значительно более редких случаях у больных MELAS-синдромом обнаруживаются мутации в 3271 положении того же гена. С другой стороны, мутации в гене MTTL1 найдены и при ряде других миохондриальных заболеваний, таких как MERRF-синдром (C3256T), кардиомиопатия с или без мышечной слабости (A3260G, C3303T), энцефаломиопатия (С3252С) и диабет II типа в сочетании с сенсоневральной тугоухостью.
Мутации в миохондриальном гене треониновой тРНК в положении 15924 и 15923 обнаружены у новорожденных, умерших в первые дни жизни от тяжелой дыхательной недостаточности, обусловленной лактоацидозом с выраженными дефектами миохондрий в сердечной и скелетных мышцах. В то же время мутация в положении 15924 выявлена у 11% доноров, а в положении 15923 – не найдена ни в одной из исследованных популяций.
В настоящее время разработаны высокоэффективные методы, позволяющие одновременно сканировать мутации во многих генах мтДНК, а также обнаруживать гетероплазмию. С использованием этих методов показано, что основной причиной митохондриальных энцефаломиопатий являются мутации в генах тРНК.
Вероятность наследственной передачи митохондриальных болезней от больной матери детям зависит от уровня гетероплазмии и при гомоплазмии она достигает 100%.
2.8.2. Однородительские дисомии и геномный импринтинг
Однородительские дисомии обусловлены «ошибочным» получением ребенком двух гомологичных хромосом от одного из родителей. При этом кариотип больного состоит из 46 хромосом или 23 пар, но в одной из них обе гомологичные хромосомы либо материнского, либо отцовского происхождения. Однородительские дисомии могут возникать в результате нарушения процесса расхождения любой из 23 пар хромосом в мейозе в ходе образования мужских и женских половых клеток, а также в митотически делящихся клетках на ранних этапах развития зародыша. В основе патологических процессов, обусловленных однородительскими дисомиями, лежит геномный импринтинг, следствием которого является различное течение заболевания в зависимости от прохождения мутантного аллеля через мужской или женский гаметогенез. Феномен импринтинга обусловлен различной экспрессией в потомстве гомологичных генов, полученных от отца или матери. При локализации генов в так называемых импринтированных участках генома экспрессируется только один аллель –отцовский или материнский, а другой оказывается функционально неактивен. Такая избирательная супрессия активности импринтированных генов происходит при их прохождении через половые клетки. Основную роль в возникновении геномного импринтинга играет избирательное метилирование регуляторных участков генов в процессе сперматогенеза или оогенеза. В настоящее время идентифицировано более 40 генов, подвергающихся импринтингу. Многие из них локализованы в хромосомах 7, 11 и 15. К заболеваниям, обусловленным геномным импринтингом, могут приводить не только однородительские дисомии, но и хромосомные перестройки в импринтированных участках генома, чаще всего делеции, а также мутации в генах, подвергающихся импринтингу, и в областях генома, контролирующих процессы метилирования хромосом. Итак, для болезней геномного импринтинга характерным является разное клиническое проявление генетических нарушений, затрагивающих один и тот же район генома, в зависимости от того, имеют они материнское или отцовское происхождение.
Удивительными примерами, иллюстрирующими эти положения, являются хромосомные синдромы Прадера-Вилли и Энгельмана, обусловленные микроделециями в области 15q11-13.
Синдром Прадера-Вилли впервые описан в 1956 году. Частота заболевания 1:85 тысяч новорожденных. При рождении дети малоподвижны, имеют выраженную мышечную гипотонию, у них снижены сухожильные рефлексы, а также сосательный и глотательный, что затрудняет кормление. Характерными признаками является лицевая дизморфия, малый вес, задержка психомоторного развития. После 6-месячного возраста развивается полифагия (дети постоянно испытывают голод),ожирение (жир откладывается преимущественно на туловище и в проксимальных отделах конечностей), обращают на себя внимание непропорционально маленькие кисти и стопы. В пубертатном периоде отмечается проявление гонадотропного гипогонадизма, снижение когнитивных функций и мягкая олигофрения различной степени выраженности. Больные доброжелательны и безинициативны.
Синдром Энгельмана или «синдром счастливой куклы», описанный впервые в 1965 году, проявляется грубой задержкой психомоторного развития, выраженной олигофренией с недоразвитием речи, судорожными приступами и приступами насильственного смеха. Больные поздно начинают ходить, и их походка напоминает движения куклы. Типичным являются астенический тип телосложения и дизморфические признаки: «птичий нос», микрогнатия.
Долгое время причины столь разного течения заболеваний, обусловленных микроделециями в одной и той же цитогенетической области, оставались неизвестными. С использованием методов молекулярной цитогенетики было показано, что при наследовании больным ребенком микроделеции от матери развивается синдром Энгельмана, а при ее отцовском происхождении – синдром Прадера-Вилли.
У больных синдромом Прадера-Вилли в 70% случаев идентифицируются микроделеции области 15q11-13 отцовского происхождения, а в остальных 25% наблюдаются однородительские дисомии материнского происхождения. И в том и другом случае инактивированными оказываются гены отцовского происхождения, локализованные в области q11-13.
Причиной развития синдрома Энгельмана в 68% является 3-5 Мб делеции в области 15q11-13 материнского происхождения, в 7% - однородительские дисомии отцовского происхождения, в 11% - мутации гена UBE3A, локализованного в том же цитогенетическом районе, в 3% - инактивация импринтингового центра и в остальных случаях причины не установлены. Но во всех случаях, когда причины известны, они связаны с инактивацией генов материнского происхождения, локализованных в импринтинговой области.
Таким образом, оба описанных выше хромосомных синдрома обусловлены нарушением эпигенетического контроля экспрессии генов, локализованных в цитогенетической области, подвергающейся геномному импринтингу
2.8.3. Болезни экспансии
К болезням экспансии относятся наследственные заболевания, обусловленные динамическими мутациями. В основе динамических мутаций лежит нестабильность микро- и минисателлитных повторов ДНК, локализованных в значимых областях генов. При болезнях экспансии наблюдается превышение (экспансия) определенного порогового уровня числа повторяющихся элементов в месте локализации динамической мутации. Подобные экспансии сопровождаются нарушениями работы гена, причем конкретные механизмы этих нарушений различны для разных типов динамических мутаций. Различия определяются, главным образом, двумя факторами: функциональной значимостью того участка гена, где расположен нестабильный повтор, а также характером и функциями самого повтора.
В настоящее время насчитывается более 20 болезней экспансии, подавляющее большинство из них связаны с экспансией тринуклеотидных повторов. Это синдром Мартина-Белл (синдром фрагильной или ломкой Х-хромосомы), миотоническая дистрофия, атаксия Фридрейха, целая серия спиноцеребеллярных атаксий, хорея Гентингтона и ряд других. Болезни экспансии могут быть аутосомными или Х-сцепленными в зависимости от локализации мутантного гена. Механизмы патогенетического действия динамических мутаций зависят от расположения и специфики экспансированного повтора, а тяжесть течения заболевания определяется длиной экспансии. При тяжелых формах заболевания идентифицируются более длинные повторы.
Практически для всех заболеваний, обусловленных динамическими мутациями, характерно поражение головного мозга и особенно подкорковых структур. Поэтому болезни экспансии представляют особую значимость для неврологии. Однако клиническая картина при различных болезнях экспансии достаточно разнообразна. Болезни экспансии имеют много общих особенностей, касающихся не только клинической картины поражения, но механизмов возникновения динамических мутаций, а также молекулярных и биохимических основ патогенеза этих заболеваний. Методология, разрабатываемая для поиска динамических мутаций в геноме человека и идентификации локусов, в которых расположены такие мутации, также, практически, не зависит от типа мутаций и их фенотипического проявления. Единая стратегия используется также при конструировании трансгенных линий животных, моделирующих различные болезни экспансии. Анализ таких линий обнаруживает общие закономерности и различия в молекулярных механизмах патогенного действия разных типов динамических мутаций.
Впервые подобный тип генетической изменчивости был обнаружен при синдроме Мартина-Белл, называемом синдромом ломкой или фрагильной Х-хромосомы. Оказалось, что в 5'-нетранслируемой области соответствующего гена локализован нестабильный микросателлитный CGG-повтор, значительные экспансии которого сопровождается гиперметилированием промоторной области и частичной или полной инактивацией регулируемого гена. Вскоре вслед за этим была обнаружена динамическая мутация при миотонической дистрофии. При этом заболевании огромные CTG-повторы локализованы в 3'-нетранслируемой области мутантного гена. Наиболее вероятный механизм действия этой мутации связан с нарушением структуры хроматина в области удлиненного CTG-повтора. Блокирование работы гена, ответственного за развитие спинальной атаксии Фридрейха, обусловлено значительной экспансией GAA-повтора, расположенного в первом интроне гена. Влияние на функцию гена динамической мутации, расположенной в интронной области, может быть связано с необычным характером регуляции его транскрипции или сплайсинга.
Умеренные экспансии нестабильных CAG-повторов, расположенные в кодирующих областях генов, связаны с группой нейродегенеративных болезней, характеризующихся поздним началом и прогрессирующим течением. В эту группу входят спиноцеребеллярные атаксии, хорея Гентингтона и ряд других заболеваний. Экспансии CAG-повтора значительно меньше, чем экспансии CGG-, CTG- и GAA-триплетов, повторяющихся в мутантных аллелях сотни и тысячи раз. Кроме того, удлинение области локализации CAG-повтора не затрагивает транскрипции. Эти повторы транслируются в протяженные полиглютаминовые треки. Нейродегенеративным процессам при болезнях, вызванных экспансией CAG повтора, предшествует накопление в ядрах клеток, являющихся первичными сайтами нейропатологии, определенных нерастворимых ядерных и/или цитоплазматических включений, устойчивых к убикитин-опосредованному протеолизу. В дальнейшем клетки с подобными включениями подвергаются апоптозу. Таким образом, болезни экспансии, обусловленные удлинением полиглютаминовых треков, относятся к группе конформационных болезней мозга, о которых мы говорили ранее.
Экспансия минисателлитного 12-нуклеотидного повтора, локализованного в 5'-нетранслируемой области гена CSTB, является основной причиной редкой аутосомно-рецессивной прогрессирующей миоклонус-эпилепсии I типа, известной также как болезнь Унферрихта-Лундборга. И наконец, доминантно наследуемая форма прионовой болезни в 50% случаев обусловлена экспансией минисателлитного 24-нуклеотидного повтора, расположенного в кодирующей части гена прионового белка – PRNP.
Для многих болезней экспансии характерны следующие особенности наследования (1) доминантный или полудоминантный характер, (2) антиципация – нарастание тяжести течения заболевания в ряду поколений и (3) геномный импринтинг. По аутосомно-рецессивному типу наследуются только атаксия Фридрейха и миоклонус-эпилепсия I типа. Именно при этих двух заболеваниях антиципация не обнаружена. Дифференциальный характер поражения при разных болезнях экспансии, в первую очередь, определяется функциями белков, являющихся первичными биохимическими дефектами, а также различиями в тканеспецифической экспрессии соответствующих генов. Остановимся более подробно на некоторых из этих заболеваний.
2.8.3.1. Синдром Мартина-Белл
Как мы уже писали, впервые динамические мутации были идентифицированы в гене FRAXA, мутантном при синдроме Мартина-Белл или синдроме ломкой (фрагильной) Х-хромосомы. В клинической картине этого сцепленного с полом заболевания ведущим симптомом является интеллектуальный дефект различной степени выраженности (IQ 13-75) в сочетании с поведенческими, лицевыми и соматическими аномалиями. У большинства больных встречаются психопатические и речевые нарушения в виде двигательной расторможенности, признаков аутизма, персевераций, эхолалии. В 10-15% случаев наблюдается судорожный синдром. В соматическом статусе пациентов с синдромом Мартина-Белл нередко отмечаются долихоцефалия, макроцефалия, выступающий лоб, удлиненное лицо, крупные, выступающие ("оттопыренные") ушные раковины, эпикант, светлые радужки, нос с клювовидным кончиком, массивный подбородок, крупные кисти и стопы, гипермобильность суставов, макроорхизм. Последний признак, особенно четко выявляемый в постпубертатном периоде, является высокоинформативным симптомом и наряду с умственной отсталостью входит в "фенотипическое ядро" синдрома.
Синдром описан в 1943 году Martin J. и Bell J., его детальная характеристика дана J. Cantu и соавт. в 1976 г. Наиболее существенным в изучении данной проблемы явилось цитогенетическое исследование. При культивировании лимфоцитов больных мужчин в среде, лишенной фолата, в них обнаруживаются цитогенетические изменения в виде перетяжек района 27-28 длинного плеча Х-хромосомы. Данный цитогенетический феномен получил название фрагильности (ломкости) Х-хромосомы и он служит цитогенетическим маркером заболевания – marXq28. Эта аномалия, хотя и в меньшей степени, выявляется также у женщин – носительниц мутантного аллеля. Распространенность синдрома Мартина-Белл в общей популяции составляет 1:2000 среди лиц мужского пола, то есть это вторая по встречаемости форма умственной отсталости после синдрома Дауна.
Для синдрома Мартина-Белл характерны варьирующая экспрессивность, неполная пенетрантность и полудоминантный характер наследования. Наследственная передача заболевания не подчиняется обычным менделевским законам, что необходимо учитывать при генетическом консультировании семей. Во-первых, в ряде родословных прослежена передача мутантного аллеля через мужчин, не имеющих выраженных клинических признаков болезни или имеющих очень стертые формы неспецифической умственной отсталости, так называемых, нормальных трансмиттеров. Они составляют 20% среди мужчин, несущих мутантный аллель в гене FRAXA (иногда его обозначают как FMR1). Во-вторых, у значительного процента гетерозиготных женщин наблюдается варьирующая степень проявления некоторых симптомов заболевания. Так, у 85% матерей больных детей IQ не превышает 85, причем уровень снижения интеллекта коррелирует с экспрессией цитогенетического маркера заболевания (marXq28). У 40% облигатных гетерозигот наблюдаются типичные лицевые особенности, более выраженные у взрослых, чем у детей, а также неровные зубы и гипермобильность суставов пальцев. При этом гетерозиготные женщины, получившие мутантный аллель от фенотипически нормального отца-трансмиттера, всегда интеллектуально сохранны. В первичных культурах лимфоцитов таких женщин отсутствуют клетки с фрагильными сайтами или имеется очень небольшой их процент. В отличие от этого, у больных мальчиков следующего поколения интеллект значительно снижен, и количество лимфоцитов с перетяжками в области Xq27-28, в среднем, составляет 29%. Третья особенность наследования синдрома Мартина-Белл заключается в геномном импринтинге, следствием которого является антиципация заболевания при прохождении мутантного аллеля через женский гаметогенез. Эти особенности наследования заболевания получили название парадокса Шермана.
Открытие в начале 90-х годов гена, ответственного за синдрома Мартина-Белл (FRAX), и расшифровка молекулярной природы идентифицированных у больных мутаций позволили полностью объяснить парадокс Шермана. Оказалось, что в промоторной области гена FRAX расположен нестабильный тринуклеотидный повтор CGG. В норме количество этих CGG-триплетов не превышает 40. У больных это число может увеличиваться до 1000, причем, как правило, увеличение происходит в два этапа. Сначала появляется аллель с числом повторов в диапазоне от 40 до 50 – премутация, который чаще всего и присутствует у нормальных трансмиттеров. При прохождении этого нестабильного повтора через оогенез может происходить дальнейшее достаточно резкое нарастание числа CGG копий с образованием мутации.
При экспансии CGG-повтора наблюдается различная степень метилирования промотора гена FRAX, что и приводит к снижению уровня его транскрипции. У пациентов с мягкими формами заболевания наблюдается мозаицизм по метилированию промоторной области гена. Мутантный аллель, по-видимому, неметилирован у нормальных мужчин-трансмиттеров, метилирован только в неактивной Х-хромосоме у их дочерей и полностью метилирован у большинства больных сыновей этих дочерей. У некоторых из них наблюдается мозаичная картина по характеру метилирования.
2.8.3.2. Миотоническая дистрофия
Вскоре вслед за тем, как была расшифрована природа молекулярного дефекта при синдроме Мартина-Белл, было показано, что в основе развития миотонической дистрофии лежит другая динамическая мутация – экспансия CTG-повтора, локализованного в 3'-нетранслируемой области гена DM. Клиническая картина миотонической дистрофии представляет собой сочетание миотонии, миопатии, сердечно-сосудистых нарушений и эндокринно-вегетативных расстройств. Болезнь дебютирует иногда в детском возрасте, но чаще во втором-третьем десятилетии жизни признаками миотонического спазма и затруднений в разгибании пальцев рук при резких движениях. Течение болезни неуклонно прогрессирующее. На фоне усиливающегося миотонического синдрома развивается мышечная слабость и атрофические проявления, сходные с миопатиями. Первыми слабеют мышцы лица, особенно круговая мышца глаз, века, жевательные мышцы. А также сгибатели шеи и некоторые мышцы конечностей. Слабость и атрофии мышц возникают одновременно. На ладонях они приводят к своеобразной «обезьянней лапе». Глубокие рефлексы постепенно снижаются и в дальнейшем угасают. Типичны наличие катаракты и различная степень интеллектуальной недостаточности. В разных популяциях заболевание встречается с частотой 1 на 8-40 тысяч, наследуется по аутосомно-доминантному типу. Во многих семьях наблюдается антиципация как по дебюту, так и по тяжести течения. Мужчины болеют в 3 раза чаще, чем женщины.
Ген DM расположен в области 19q13.2-3. CTG-повтор в 3'-нетранслируемой области гена DM отличается крайней нестабильностью. В норме число триплетов варьирует в пределах от 5 до 30-37. У больных миотонической дистрофией количество CTG-триплетов значительно больше и составляет не менее 50 при наиболее мягких формах болезни, от 100 до 1000 у пациентов с классическим течением и дебютом во взрослом возрасте, в то время как при врожденных формах заболевания оно может достигать 3000. Начальным шагом, предрасполагающим к мутационному событию, по-видимому, является увеличение числа CTG-повторов от 5 до 19-30. Частота этого гетерогенного класса повторов в популяции достигает 10%, и, по-видимому, эти аллели составляют резерв для повторного мутирования. Аллели, связанные с относительно небольшими экспансиями обладают высокой мейотической нестабильностью, что и объясняет наблюдаемую антиципацию в семьях. Наиболее вероятным патогенетическим механизмом миотонической дистрофии является локальное нарушение структуры хроматина в области локализации удлиненного CTG-повтора, которое может приводить к инактивации не только гена DM, но и, возможно нескольких других соседних генов. Не исключено, что именно с этим связан высокий плейотропизм заболевания – одновременное вовлечение в патологический процесс нескольких систем.
2.8.3.3. Хорея Гентингтона
Совершенно иной механизм патогенетического действия динамических мутаций лежит в основе развития тяжелых нейродегенеративных заболеваний, таких как хорея Гентингтона или спиноцеребеллярные атаксии. В этих случаях причиной заболевания являются относительно небольшие экспансии CAG-повторов, локализованных в кодирующих областях соответствующих генов. Если в норме количество копий CAG-повтора в зависимости от заболевания не превышает 20, максимум 40, то у больных оно может достигать от 40 до 60, максимум 80 триплетов.
Впервые хорея Гентингтона была описана Гентингтоном в 1872 году, причем уже тогда было отмечено, что болезнь носит семейный характер и встречается исключительно на восточном побережье одного из британских островов. Наследуется заболевание по аутосмно-доминантному типу.
Клиника хореи Гентингтона определяется патологическим процессом избирательно поражающим нейроны полосатого тела, обусловливающие двигательные, познавательные и эмоциональные функции. Однако эти структуры не являются единственными, подверженными дегенерации. В процессе многолетнего прогрессирования заболевания в патологический процесс вовлекается паллидарный отдел экстрапирамидной системы, мелкие клетки коры головного мозга и другие структуры. Первые признаки хореи Гентингтона, возникающие в 30-40-летнем возрасте (возможен и более ранний дебют в ювенильном возрасте), проявляются эмоциональной неустойчивостью, раздражительностью, неспособностью длительно сосредоточиться на выполняемой работе. Гиперкинезы, составляющие основное "ядро" клинических проявлений, сначала отмечаются в виде пароксизмов. В развернутой стадии болезни становятся постоянными и исчезают только во время сна. Гиперкинез носит характер хореического. Насильственные движения напоминают вначале произвольные сокращения мимической мускулатуры в виде "вскидывания" бровей, зажмуривания глаз, улыбки. Однако они совершаются без желания больного и постепенно принимают характер внезапных размашистых высокоамплитудных насильственных движений. Гиперкинез артикуляционной мускулатуры приводит к нарушению речи, которая становится невнятной, отрывистой, толчкообразной. Гиперкинезы, начинаясь с лица, шеи, верхней части туловища, верхних конечностей постепенно захватывают нижние конечности. В этот период затрудняется передвижение больного. Походка становится танцующей, появляются лишние движения, затрудняющие ходьбу. В гиперкинез вовлекается вся произвольная мускулатура. Мышечный тонус изменяется, чаще в сторону гипотонии, хотя может оставаться нормальным. Клиническая картина заболевания обязательно включает в себя нарушения со стороны высшей нервной деятельности. Если в начале болезни наблюдаются эмоциональные нарушения, то в дальнейшем появляются признаки нарастающей деменции. Больные становятся легко возбудимыми, раздражительными, а в дальнейшем – агрессивными. Диагностическое значение имеют данные КТ-исследования, обнаруживающие атрофические изменения головного мозга, приводящие к развитию заместительной гидроцефалии. Расширяется субарахноидальное пространство, желудочки мозга. МРТ позволяет обнаружить локальные изменения подкорковых структур мозга, а именно атрофию головки хвостатого ядра, которое страдает наиболее значительно при хорее Гентингтона. Постепенно утрачивается интерес к окружающему. Менее злокачественно протекают формы с поздним дебютом (после 60-70 лет). Наряду с гиперкинетическими проявлениями хореи, описаны акинетико-ригидные формы. Продолжительность жизни больных с начала заболевания составляет 10-20 лет.
Наибольшая распространенность заболевания - 1:10 000, наблюдается в Восточной Англии, где заболевание было впервые описано. Встречаемость заболевания в большинстве европейских стран составляет 4-7 на 100 000, частота гетерозиготого носительства – 1:5000. Различия в частотах заболевания объясняются «эффектом основателя». Реконструирована 12-коленная родословная первой семьи, в которой были описаны больные хореей Гентингтона. Она насчитывает около 1000 родственников. Примеры подобных семей не являются исключением. Так, в Тасмании наследование болезни Гентингтона прослежено на протяжении 9 поколений. Реконструированы родословные двух очень больших американских семей, одна из них негритянского происхождения, предки другой – выходцы из Германии. Отмечаются значительные межсемейные различия по дебюту и тяжести течения заболевания, хотя и внутри семей наблюдается четко выраженный клинический полиморфизм. Пациенты с ювенильными формами чаще наследуют свое заболевание от отца, чем от матери. Показано, что при наследовании по отцовской линии болезнь дебютирует в более раннем возрасте, протекает тяжелее, в семьях наблюдается антиципация по дебюту и значительно чаще болезнь носит "ригидный", а не "хореический" характер.
Ген хореи Гентингтона – HD – расположен в области 4p16.3. Полиморфный тринуклеотидный CAG- повтор локализован в первом экзоне гена недалеко от стартового кодона. В таблице представлены значения CAG-триплетов в гене хореи Гентингтона в норме, у носителей премутации и у больных.
Таблица. 9.
Число CAG повторов в гене HD и риск развития хореи Гентингтона
| Число повторов | Риск развития заболевания у обследуемого и его детей |
| Менее 28 | Норма |
| 29 -34 | Для обследуемого риска нет, но возможно увеличение числа повторов у детей и возникновение болезни |
| 35 - 39 | Возможно позднее развитие болезни |
| Более 40 | Болезнь |
Мы уже писали, что CAG-триплет кодирует глютамин, поэтому в белке, кодируемом геном HD, имеется цепочка из последовательно расположенных глютаминов. Болезнь развивается тогда, когда длина этого полиглютаминового трека становится больше допустимой нормы. Удлиненные полиглютаминовые треки сами по себе или в составе полипептидных цепей способствуют агрегации белков в нейрональных клетках с образованием нерастворимых комплексов. По мере накопления этих белковых агрегатов происходит гибель нейронов по типу апоптоза. Этот процесс носит медленно прогрессирующий характер. Клинически нейродеградация проявляется тогда, когда погибает около 70% нейронов определенного типа. Дальнейшее развитие заболевания идет очень быстро, так как в оставшихся 30% нейронах также произошло накопление нерастворимых белковых комплексов, что и приводит к их резкой деградации. Поэтому для всех нейродегенеративных заболеваний, обусловленных удлинением полиглютаминовых треков, характерны поздний дебют и тяжелое течение, достаточно быстро приводящее к летальному исходу.
Заметим, кстати, что хорея Гентингтона может манифестировать не в 40-50 лет, как это считалось ранее, а уже на 2-3-м десятилетии жизни, а в отдельных случаях намного раньше. Приводим следующее наблюдение, связанное с хореей Гентингтона. Пробанд Б-на С. (родословная на рис.5), 27 лет, обратилась в Лабораторию пренатальной диагностики наследственных заболеваний ИАГ им. Д. О. Отта РАМН (г. Санкт-Петербург) для уточнения диагноза хореи Гентингтона у своего мужа (Ш-2) 29 лет и прогноза состояния дочери (1У-!) 9 лет. Мать (11-3) отца девочки и бабушка (1-!) по отцовской линии страдают хореей Гентингтона. У мужа пробанда с 25 лет наблюдаются гипкеркинезы дрожательного типа и отставание психического развития. При молекулярно-генетическом исследовании выяснилось, что муж пробанда от здорового отца получил 16 CAG-повторов, а от больной матери - 50. Эти данные четко подтверждают наличие хореи Гентингтона у мужа пробанда (см. табл. 9). Девочка (1У-1) унаследовала от отца нормальное число CAG- повторов - 16, но от матери она получила 33 CAG-повтора, то есть премутацию. Последнее, к сожалению, не исключает развития заболевания у ее будущих детей, и поэтому при вступлении в брак и беременности ей в обязательном порядке показана пренатальная диагностика хореи Гентингтона. Отметим, что в детском возрасте хорея Гентингтона может протекать в виде эпилептиформноподобных пароксизмов, отставания психического развития и различного типа гиперкинезов. Таким образом, еще совсем недавно считавшаяся геронтологической патологией, хорея Гентингтона может привлекать внимание педиатров. Как мы уже отмечали, заболевание диагностируется пренатально.
2.8.4. Миодистрофия Ландузи-Дежерина как пример заболевания, обусловленного нарушением эпигенетической регуляции экспрессии генов
Лице-лопаточно-плечевая мышечная дистрофия Ландузи-Дежерина – третье по частоте наследственное заболевание мышц после миодистрофии Дюшенна и миотонической дистрофии. Его распространенность составляет примерно 2:100000 населения. Тип наследования – аутосомно-доминантный с пенетрантностью, составляющей около 95%. Мутантный локус FSHD1 расположен в дистальном конце длинного плеча хромосомы 4 в области 4q35-qter.
Довольно часто болезнь развивается вследствие возникновения мутации de novo. Примерно в половине этих случаев наблюдается соматический мозаицизм либо у самих больных, либо у их безсимптомных родителей. Причем, среди больных мозаицизм чаще встречается у мужчин, чем у женщин, однако степень мозаицизма у больных женщин-мозаиков, как правило, оказывается выше, чем у больных мужчин-мозаиков. Риск рождения больных детей у соматических мозаиков, хотя и меньше, чем у гетерозиготных больных, но также повышен. При этом само заболевание у их больных потомков может протекать значительно тяжелее, то есть в этом случае может наблюдаться антиципация как по дебюту, так и по клиническим проявлениям болезни.
Первые признаки заболевания обычно появляются во второй декаде жизни, хотя возможен и более ранний дебют. Преимущественно поражается мускулатура лица, плечевого пояса и проксимальных отделов верхних конечностей. Характерной чертой является асимметричность поражения. Слабость мускулатуры лица проявляется неполным смыканием век, которое в начале болезни можно увидеть во время сна. Мимика лица становится бедной. Больной испытывает затруднения при наморщивании лба, зажмуривании глаз. Слабеет круговая мышца рта. Особый порядок вовлечения мускулатуры плечевого пояса приводит к формированию симптома «крыловидных» лопаток. Раньше других поражаются трапециевидные, ромбовидные и грудные мышцы. Спустя 15-20 лет после дебюта заболевания может развиться слабость мускулатуры тазового пояса и проксимальных отделов нижних конечностей. Течение заболевания относительно благоприятное. Больные в течение долгого времени сохраняют способность к самообслуживанию и трудовой деятельности.
В области 4q35 локализован макросателлитный тандемный высоко полиморфный повтор D4Z4. Каждая копия этого повтора размером в 3.3 кб содержит две гомеобоксные последовательности с внутренними стоп-кодонами и два известных повторяющихся элемента, часто вовлеченных в контроль «эффекта положения» (см. 1.14). В норме количество копий этого повтора варьирует от 11 до 100 элементов. D4Z4-повтор обладает высокой рекомбиногенностью, и у 3% населения наблюдается соматический мозаицизм по реорганизациям этой области.
У больных лице-лопаточно-плечевой миодистрофией наблюдаются гетерозиготные делеции в области D4Z4-повтора, сокращающие число его копий до 1 - 10, причем размер этих делеций прямо коррелирует с тяжестью заболевания. Дистальнее D4Z4-повтора найден полиморфный сегмент размером около 10 кб, присутствующий в различных популяциях примерно в равном соотношении в двух состояниях, обозначаемых 4qA и 4qB. Однако у больных всегда обнаруживается только сегмент 4qA. Таким образом, сокращения D4Z4-повтора, происходящие на фоне 4qA-полиморфизма, и являются причиной развития заболевания. Это уникальный пример влияния полиморфного элемента, локализованного в теломерной области хромосомы, на развитие наследственного заболевания. Интересно подчеркнуть, что в теломерной области длинного плеча хромосомы 10 (10q26) локализован гомологичный D4Z4-повтор, однако его сокращения не являются патогенными.
Область локализации D4Z4-повтора в хромосоме 4 у больных миодистрофией Ландузи-Дежерина оказывается достоверно менее метилирована по сравнению с нормой. По-видимому, гипометилирование D4Z4 является одним из ключевых событий в каскаде эпигенетических нарушений, ведущих к развитию заболевания. Однако прямой зависимости между степенью гипометилирования D4Z4-области и характером течения заболевания не наблюдается.
В D4Z4 найден элемент, специфически взаимодействующий с ДНК-связывающим мультибелковым комплексом. Этот комплекс опосредует транскрипционную репрессию генов, локализованных в области 4q35. По данным некоторых авторов в мышцах больных миодистрофией Ландузи-Дежерина наблюдается гиперэкспрессия нескольких ближайших генов (FRG1, FRG2 и ANT), расположенных на расстоянии 100 кб и более от D4Z4-повтора. По-видимому, сокращенный D4Z4-повтор теряет способность взаимодействовать с мультибелковым комплексом, и это приводит к снижению его репрессорной функции по отношению к перечисленным выше генам. Однако результаты исследований экспрессии генов FRG1, FRG2 и ANT у больных носят противоречивый характер.
Так, при изучении экспрессионного профиля генов показано, что в мышцах больных достоверно изменен характер экспрессии генов, вовлеченных в миогенную дифференцировку. Многие из них являются прямыми мишенями транскрипционного фактора MYOD1, участвующего в развитии миофибрилл. Вторая группа генов, аномальная работа которых наблюдается в мышцах больных, связана с регуляцией реакции организма на оксидативный стресс. При этом значимых изменений в экспрессии генов, локализованных в непосредственной близости от цитогенетической области 4q35, не обнаружено, что находится в противоречии с выдвинутой ранее гипотезой о ведущей роли «эффекта положения» в этиологии заболевания.
С использованием современных иммунофлюоресцентных технологий в сочетании с гибридизацией in situ показано, что как в нормальных, так и в мутантных клетках на протяжении всего клеточного цикла район хроматина, содержащий локус FSHD цитогенетичесой области 4q35, располагается на периферии ядер. Это наблюдение позволило высказать предположение, что лице-лопаточно-плечевая миодистрофия развивается вследствие нарушения взаимодействий с транкрипционными факторами или модификаторами хроматина, происходящих на ядерных мембранах.
В области D4Z4-повтора найдены два петлевых домена, обеспечивающие прикрепление хроматина к ядерному матриксу. В миобластах больных эта связь значительно ослаблена. В нормальных миобластах D4Z4-повтор и гены FRG1 и FRG2 локализованы в разных петлевых доменах, в то время как сокращение D4Z4-повтора у больных приводит к тому, что сам повтор и оба гена оказываются в одном домене. Это означает, что у больных может быть одновременно нарушена локальная структура хроматина и экспрессия генов FRG1 и FRG2.
Чтобы идентифицировать гены, вовлеченные в патогенез лице-лопаточно-плечевой миодистрофии, были сконструированы трансгенные линии мышей с гиперэкспрессией в скелетных мышцах одного из генов FRG1, FRG2 или ANT. Только у мышей с гиперэкспрессией FRG1 развивалась мышечная дистрофия с чертами, характерными для миодистрофии Ландузи-Дежерина. Трансгенные мыши с измененным характером экспрессии генов FRG2 или ANT оказались совершенно нормальными. Продукт гена FRG1 является ядерным белком, вовлеченным в сплайсинг преРНК. В мышцах мышей модельной линии с гиперэкспрессией FRG1, также как в мышцах больных миодистрофией Ландузи-Дежерина изменен характер альтернативного сплайсинга, по крайней мере, двух генов, вовлеченных в патогенез некоторых наследственных болезней мышц. Это TNNT3 и MTMR1
Таким образом, в отличие от большинства моногенных болезней мутации, вызывающие лице-лопаточно-плечевую миодистрофию, нарушают не структуру или функцию какого-то специфического гена, но транскрипционный контроль одного или нескольких генов. Сложный эпигенетический механизм вовлечен в реализацию этого нарушения. Он включает локальные изменения структуры хроматина и потерю репрессионных комплексов, опосредованные сокращением D4Z4-повтора. Эти нарушения приводят к гиперэкспрессии гена FRG1 с последующим нарушением сплайсинга преРНК специфических генов, избирательно экспрессирующихся в скелетных мышцах.
Молекулярная диагностика заболевания основана на определении величины D4Z4-повтора и 4А/4В-полиморфмзма, локализованных в теломерной области 4q35.